Pesticides use in two agricultural zones of México and evaluation of water and sediments pollution
Arturo HERNÁNDEZ–ANTONIO1 y Anne M. HANSEN2
1 Universidad Autónoma de Sinaloa, Facultad de Ingeniería Mochis, Los Mochis 81220, Sinaloa, México, heaa@uas.uasnet.mx
2 Instituto Mexicano de Tecnología del Agua, Laboratorio de Hidrogeoquímica, Jiutepec 62550, Morelos, México, ahansen@tlaloc.imta.mx
Recibido mayo 2010 ]]> Aceptado marzo 2011
RESUMEN
En este estudio se presenta el inventario de plaguicidas y una evaluación de la contaminación de agua y sedimentos en dos zonas agrícolas de México. Se analizaron plaguicidas triazínicos, fenoxiclorados y organoclorados, incluyendo seis contaminantes orgánicos persistentes (COP). Aunque el uso de atrazina ha sido prohibido y restringido en varias partes del mundo, en México este herbicida se sigue usando sin restricción alguna, los resultados obtenidos demuestran que afecta a la calidad del agua en una de las zonas agrícolas. Las concentraciones de atrazina y de su metabolito (desetilatrazina) en muestras de agua, rebasaron el límite para agua de consumo humano de 2 µg L–1 propuesto por la Organización Mundial para la Salud (WHO 2008) y el de la Comunidad Europea que establece un límite de 0.1 µg L–1 (European Parliament 1998). Los metabolitos del plaguicida DDT (DDD y DDE), excedieron el límite basal para calidad de sedimentos (ISQG por sus siglas en inglés) del criterio del Consejo de Ministros del Ambiente de Canadá para sedimentos en cuerpos de agua dulce, aunque no rebasan el límite de probable efecto (PEL por sus siglas en inglés) (CCME 2003). Aunque se restringió el uso de DDT en la agricultura en México (DOF 1991), los resultados muestran que los metabolitos de este plaguicida se continúan encontrando en muestras ambientales debido a su larga vida media. Se plantea la necesidad de vigilar mediante monitoreos en los cuerpos de agua, los plaguicidas encontrados en este estudio en concentraciones que exceden los criterios y límites establecidos.
Palabras clave: cuenca hidrológica, COP, atrazina y desetilatrazina, DDD y DDE.
ABSTRACT
This study presents the inventory of pesticides and an assessment of water and sediments pollution in two agricultural areas of Mexico. Triazinic, fenoxychlorinated, and organo–chlorine pesticides were analyzed, including six persistent organic pollutants (POP). Although the use of atrazine is restricted and prohibited in various parts of the World, this herbicide is still being used in Mexico without restriction and our results show that this herbicide affects water quality in one of the agricultural areas. The concentrations of atrazine and one of its metabolites (desethylatrazine) in water samples exceeded the limit of 2 µg L–1 proposed by the World Health Organization for this herbicide in drinking water (WHO 2008) and the one of the European Community has satted at 0.1 µg L–1 for drinking water (European Parliament 1998). The metabolites of the pesticide DDT (DDD and DDE) exceeded the interim sediment quality guideline (ISQG) for freshwater sediments established by the Canadian Council of Environmental Ministers although concentrations do not exceed the probable effect level (PEL) (CCME 2003). Although the use of DDT in agriculture has been banned in Mexico (DOF 1991), the results show that the metabolites of this pesticide continue to appear in environmental samples due to its long half–life. Surveillance monitoring is proposed for the pesticides found in levels higher than established in limits and criteria.
Key words: watershed, POP, atrazine and desethylatrazine, DDD and DDE.
]]> Introducción
En México la superficie agrícola varía entre 20 y 25 millones de hectáreas (CONAGUA 2008). Los plaguicidas son sustancias o mezclas de sustancias que se destinan a controlar plagas, incluidos los vectores de enfermedades humanas y de animales, así como las especies no deseadas que causan perjuicio o que interfieren con la producción agropecuaria y forestal (USEPA 2010). Se utilizan plaguicidas para el control de plagas y enfermedades que afectan la producción agrícola. En 2006 el consumo de plaguicidas en México fue de 95 025 toneladas (SENER 2007). Estas sustancias representan un riesgo para la salud humana y el ambiente debido a que pueden contaminar suelos, agua, sedimentos y aire (Cheng 1990). Los plaguicidas llegan a cuerpos de agua por escurrimiento, infiltración y erosión de los suelos, en lugares donde se han aplicado. También pueden movilizarse por transporte tanto atmosférico como por escurrimiento durante lluvias o riego agrícola y, de esta manera, transportarse hacia cuerpos de agua, tanto superficiales como subterráneos hasta contaminar agua y sedimentos (Ongley 1996).
Se han realizado estudios para evaluar la contaminación por plaguicidas en aguas superficiales (Pereira y Hostettler 1993, Thurman et al. 2000, Golfinopoulos et al. 2003, Fytianos et al. 2006, Gi–lliom 2007, Chen et al. 2008), en sedimentos (Bester y Hühnerfiiss 1996, Daniels et al. 2000, Barakat et al. 2002, Kishida et al. 2007, Hong et al. 2008, Hoai et al. 2010) y en agua de lluvia (Goolsby et al. 1997, Coupe et al. 2000, Dubus et al. 2000). En México son relativamente escasos los estudios sobre la distribución geográfica de plaguicidas en muestras ambientales y se centran principalmente en plaguicidas organoclorados (Benítez y Bárcenas 1996, Rueda et al. 1997, Gutiérrez et al. 1998, Osuna et al. 1998, Caldas et al. 1999, Hernández–Romero et al. 2004, Afferden et al. 2005, Alegria et al. 2006, Wong et al. 2008, Ramírez et al. 2008).
En este trabajo se evalúo la afectación en agua y sedimentos por el uso de plaguicidas organoclorados, fenoxiclorados y triazínicos en dos zonas agrícolas de México. De los plaguicidas analizados, seis son sustancias consideradas como contaminantes orgánicos persistentes (COP) en el convenio de Estocolmo (UNEP 2007).
El estudio se realizó en el Distrito de Riego 063 (DR 063) de Guasave, Sinaloa, ubicado en la Cuenca Hidrológica Pacífico Norte y en una zona agrícola de referencia (ZAR). Se realizaron inventarios de uso de plaguicidas en las zonas agrícolas, así como muestreos y evaluación de plaguicidas en agua y sedimentos.
Materiales y métodos
Área de estudio
El DR 063, se localiza en Guasave, Sinaloa, en la zona costera del estado de Sinaloa (Fig. 1).En el cuadro I se presentan las características generales de esta zona agrícola y de la ZAR.
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Inventario de uso de plaguicidas
Se realizó un inventario de uso de plaguicidas en ambas zonas agrícolas. Para ello se partió de información proporcionada por la Oficina Estatal de Información para el Desarrollo Rural Sustentable (OEIDRUS, 2008) de la Secretaría de Agricultura, Ganadería, Desarrollo Rural, Pesca y Alimentación (SAGARPA), sobre superficie de siembra de los diferentes cultivos. Para obtener información de los plaguicidas aplicados en cada cultivo, así como su dosis y frecuencia de aplicación, se realizaron entrevistas al personal de la Comisión Nacional del Agua (CONAGUA), Sanidad Vegetal y el Centro de Apoyo al Desarrollo Rural (CADER), dependientes de la SAGARPA, así como la Asociación de Agricultores y Distribuidores de Agroquímicos de ambas zonas, finalmente se revisaron los paquetes tecnológicos de los cultivos publicados por el Instituto Nacional de Investigaciones Forestales Agrícolas y Pecuarias (INIFAP). Se procesaron los registros en una base de datos para estimar la cantidad total de plaguicidas aplicados, considerando las superficies de siembra, dosis, frecuencia de aplicación y las concentraciones de ingredientes activos. Para determinar la cantidad anual utilizada por ingrediente activo, se investigó su grupo químico, la concentración y la densidad de cada producto en el catálogo oficial de plaguicidas (CICOPLAFEST 2005). Se agruparon los plaguicidas que pertenecen al mismo ingrediente activo y grupo químico para obtener la cantidad total aplicada por zona agrícola. Con la información recopilada, se estimó la cantidad anual de plaguicidas aplicados. Por último, para inferir sobre el destino de los plaguicidas y el peligro que representan para la contaminación del agua, se recopiló información de la literatura sobre las siguientes propiedades: Coeficientes de partición en materia orgánica (KOC), constantes de adsorción (Kd), vidas medias (t1/2) y categoría toxicológica.
Muestreo y análisis de plaguicidas en agua y sedimentos
Se realizaron muestreos de agua y sedimentos en el DR 063 en octubre de 2008 y en la ZAR en diciembre de 2007. Se ubicaron los sitios de muestreo con sistema de posicionamiento global (GPS) (Fig. 2).
El muestreo fue dirigido para comprobar si existe o no contaminación por plaguicidas en las zonas de estudio. En cada zona agrícola se obtuvieron muestras de agua y sedimentos, los sitios de muestreo incluyeron canales, drenes, arroyos, ríos, zona costera, pozos y norias. Las muestras de agua superficial y sedimentos se obtuvieron en sitios próximos a las zonas de aplicación y las muestras de agua subterránea, en pozos y norias en lugares donde el agua es utilizada como fuente de abastecimiento para uso y consumo humano. Los grupos de plaguicidas analizados en cada sitio y en los diferentes medios ambientales, se determinaron con base en la dinámica de estos contaminantes (Cuadros II y III).
]]> Las muestras de agua se obtuvieron con botella van Dorn horizontal y se depositaron en botellas color ámbar de 1L, previamente lavados y enjuagados con hexano grado HPLC. Las muestras para análisis de atrazina y de sus metabolitos se conservaron con ácido ascórbico, ácido etilendiaminotetraacético (EDTA) y citrato de potasio de acuerdo al Método 527 (USEPA 2005). Las muestras de sedimentos se obtuvieron con draga Ekman de 6" y se depositaron en frascos de vidrio con boca ancha de 1L. Las muestras de agua y sedimentos fueron transportadas al laboratorio bajo obscuridad y refrigeración, en tiempos inferiores a siete días a partir del muestreo, fueron extraídas y analizadas de acuerdo con las metodologías indicadas en el cuadro IV.Los extractos de las muestras de agua y sedimentos se concentraron en un rotavapor (Buchi, R–210/215) hasta 5 mL. La cuantificación se realizó en un cromatógrafo de gases Agilent 6890N con inyector automático, la descripción del trabajo de los cromatógrafos se encuentra en el cuadro IV.
Resultados y discusión
Inventario de uso de plaguicidas
En las zonas agrícolas se siembran diferentes cultivos (Fig. 3).En el DR 063 predominan los cultivos de maíz, frijol y garbanzo, mientras que en la ZAR, predominan los cultivos de café, pasto, maíz y mango. Las superficies de siembra de los diferentes cultivos se presentan en la misma figura 3 y en el cuadro V. Se observa que la superficie total sembrada en el DR 063 fue de 166 911 ha mientras que en la ZAR, fue de 173 539.
La información recopilada sobre el uso de plaguicidas reveló que las sustancias utilizadas provienen de 25 grupos químicos. Asimismo, en el periodo 2007–2008, se aplicaron un total de 707 toneladas de plaguicidas en el DR 063, donde típicamente se tienen dos ciclos agrícolas, mientras que en la ZAR, se aplicaron 521 toneladas (Cuadro V).
El grupo de sustancias más utilizado en el DR 063 fue el organofosforado (Fig. 4), que se aplican a cultivos de calabacita, frijol, garbanzo, hortalizas, maíz, melón, sandía y sorgo. El segundo grupo más utilizado en esta región, fue la sal de ácido benzóico, que se aplican a cultivos de maíz, sorgo y trigo. El tercer lugar lo ocupa el grupo clorofenoxi, que se aplica a cultivos de maíz. El uso de atrazina en esta zona agrícola ha disminuido a partir del 2002 y se ha sustituido por otros herbicidas (Víctor Hernández, Lof Agro de Guasave S.A. de C.V. 2008, comunicación personal).
]]> En la ZAR, el grupo de sustancias más utilizado fue el oxicloruro de cobre (Fig. 4),que se aplica a cultivos de café y mango. El segundo grupo fue fosfonometilglicina, que se aplica a cultivos de café, maíz, soya, caña de azúcar y sorgo. El tercer lugar lo ocupa el grupo clorofenoxi, que se aplica a cultivos de maíz, caña de azúcar y pastos. Se observa que los herbicidas del grupo triazínico siguen empleándose en mayor grado en la ZAR que en el DR 063.En el cuadro VI, se presentan las propiedades de los plaguicidas utilizados en las zonas de estudio. Los plaguicidas representan mayor peligro para transportarse y contaminar a los cuerpos de agua cuando tienen bajo coeficiente de distribución octanol–agua (Koc) o constantes de adsorción (Kd), cuando son más persistentes (t1/2 alto) y cuando su categoría toxicológica es más baja. Las categorías toxicoló–gicas se clasifican en I (extremadamente tóxicos), II (altamente tóxicos), III (moderadamente tóxicos) y IV (ligeramente tóxicos).
A continuación se describen las propiedades de los plaguicidas de mayor uso en las zonas agrícolas y se concluye sobre los peligros de contaminar a los cuerpos de agua. Se observa que los grupos organofosforados y sal de ácido benzóico son de baja persistencia con vidas medias cortas, tienden a adsorberse y acumularse en materia orgánica, por lo que se espera que presenten poco peligro de contaminar a los cuerpos de agua. Estos grupos de sustancias se clasifican entre ligeros y moderadamente tóxicos. Los plaguicidas clorofenoxi son de baja persistencia con vidas medias cortas, sin embargo se adsorben y se acumulan poco, por lo que se espera que tengan más movilidad en los suelos y el peligro de contaminar a los cuerpos de agua es mayor. Estas sustancias se clasifican como moderadamente tóxicas.
Los grupos bipiridilos y derivados de urea son persistentes, con vidas medias largas, tienen una alta afinidad por los suelos y son de baja movilidad. Los bipiridilos se clasifican como altamente tóxicos y los derivados de urea, como ligeramente tóxicos. Los plaguicidas triazínicos tienen las propiedades de ser persistentes con vidas medias largas, se adsorben poco y son de alta movilidad, por lo que representan un peligro si contaminan a los cuerpos de agua. Las sustancias de este grupo se clasifican como moderadamente toxicas.
Aún cuando el inventario del uso de plaguicidas demostró que los plaguicidas organoclorados no se aplican en la actualidad, en este estudio se analizaron por ser persistentes con vidas medias largas, se adsorben en materia orgánica y, por lo general, tienen baja movilidad. Además, estos plaguicidas pueden persistir en la atmósfera por largos periodos y viajar grandes distancias antes de precipitar, por lo que pueden contaminar a cuerpos de agua lejanos de su aplicación (Scholtz y Bidleman 2007). De acuerdo a su clasificación toxicológica los plaguicidas de este grupo se consideran altamente tóxicos.
Muestreo y análisis de plaguicidas en agua y sedimentos
Los resultados de cuantificación de plaguicidas en las muestras de agua de ambas zonas agrícolas se presentan en el cuadro VII, donde se compararon las concentraciones obtenidas en agua superficial con los límites de los criterios ecológicos de calidad del agua para protección de la vida acuática (DOF 1989). Los resultados para pozos y norias se compararon con los límites para agua como fuente de abastecimiento de los mismos criterios ecológicos (DOF 1989). Las sustancias que no se mencionan en dichos criterios se compararon con los límites establecidos por la Organización Mundial de la Salud (WHO 2008) para consumo humano o por la Guía canadiense de Calidad del Agua para Protección de la Vida Acuática (CCEM 2003) (Cuadro VII).
El análisis de plaguicidas en muestras de agua demostró la presencia de plaguicidas en agua de ríos en la ZAR, donde se encontraron concentraciones de atrazina y un metabolito, desetilatrazina, que exceden los límites de la Guía canadiense (CCEM 2003). Asimismo, en tres norias se encontró el metabolito desetilatrazina en concentraciones que excedieron el límite establecido por la Organización Mundial de la Salud (WHO 2008) para agua de uso y consumo humano. Es importante mencionar que México no establece límite alguno para este herbicida y sus metabolitos para agua en los criterios ecológicos (DOF 1989) ni límite para agua de uso y consumo humano (DOF 2000).
En una laguna costera de la ZAR, se encontraron clordano, DDD y DDE. El DDD rebasó el límite para protección de la vida acuática en agua dulce, mientras que las otras sustancias estuvieron por debajo de sus respectivos límites (DOF 1989). No se detectaron los demás plaguicidas analizados.
En muestras de sedimentos se encontraron plaguicidas en ambas zonas agrícolas (Cuadro VIII). En el DR 063 se hallaron DDT y DDD en tres sitios, DDE en seis sitios y lindano en un sitio; las concentraciones cuantificadas fueron inferiores a los límites basales, ISQG (CCME 2003). En la ZAR se encontraron DDD y DDE en una zona costera; las concentraciones excedieron los límites basales para protección de la vida acuática (CCME 2003).
]]>Conclusiones
Los resultados de este trabajo proporcionan información del uso de plaguicidas en dos zonas agrícolas. En las zonas de estudio se cultivan diversos productos, siendo maíz y sorgo los que se siembran en ambas regiones. Por la heterogeneidad de cultivos se utilizan diferentes grupos de plaguicidas; entre los que se aplican en ambas zonas son los grupos que pertenecen a organofosforados, clorofenoxis, bipiridilos y triazínicos. A pesar de que las extensiones de ambas zonas agrícolas son semejantes, difieren los cultivos y las frecuencias de cosecha por lo que el uso total de plaguicidas en el DR 063 fue mayor que en la ZAR.
Mediante muestreo y análisis de agua y sedimentos, se evaluó la afectación ambiental por el uso de estas sustancias. La presencia de plaguicidas en concentraciones superiores a los límites establecidos, sugiere la necesidad de realizar monitoreos de vigilancia en los cuerpos de agua. Para ello se recomienda implementar programas de monitoreo dirigidos a la protección de la salud humana y el ambiente. Asimismo, se recomienda restringir el uso de atrazina en la cercanía de norias y otras fuentes de abastecimiento.
Agradecimientos
Se agradece al Instituto Mexicano de Tecnología del Agua por el apoyo brindado mediante un proyecto interno de investigación, al Consejo Nacional de Ciencia y Tecnología por los apoyos económicos a través de beca de doctorado a AHA y beca de investigador nacional a AMH. Se agradece también al Dr. Luis Carlos González–Márquez por el apoyo en los muestreos en campo y a la M.I. Yodina E. Díaz Vidal por la revisión del manuscrito. Al Posgrado de Ciencias de la Tierra de la UNAM por el apoyo financiero para realizar un muestreo en el DR–063, Guasave, Sinaloa.
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